基于ATmega16散射光式浊度仪的设计

    随着环保事业的发展,对环境保护越来越重视,在水质检测中,浊度是水质指标的重要参数[1]。在国内,实际工作中现有的浊度测量方法主要是目视比浊法和分光光度法[2],目视比浊法方法简单,误差较大,而且测量时误差因人而异,没有标准可以遵循;分光光度法严格来说不能实现实时测量,通过测定标准浊度液的吸光度再从标准曲线上查出相应的浊度,此种方法需要绘制浊度标准曲线,仪器操作复杂,效率低,且测量值不准确,不适合推广。严格按照国际标准ISO7027《水质—浊度的测定》[3]设计的国外浊度仪,测量效果好,但整机价格昂贵,零配件及维修费用比较高,且不方便等特点。设计一种新型、智能化、高可靠性和价格低廉的智能浊度仪显得具有非常现实的意义。

    1　浊度的散射光式测量方法

    浊度的测量方法按光源划分可分为单色光和复合光两大类[4];按光束接收方式可分为透射光式测量法、散射光式测量法、透射光—散射光比较式测量法[5]。其中:散射光式测量法按入射光束和被接收的散射光束之间夹角的不同分为垂直散射(90°或270°)、前向散射(>90°)和后向散射(<90°)三种。

    一定波长的光束射入水样时,如果水样中含有悬浮颗粒物质光束就会产生散射,发生散射现象,特别是当悬浮颗粒的大小小于入射光束的波长时,散射现象更为强烈。散射光强度与水样的浊度成正比,通过测定经水样散射的散射光强度,即可测出水样的浊度。图1为散射光式测量法的散射测量原理图。

    从图1中可以看出,由于水样中含有悬浮颗粒物质,一定波长的入射光束(l)射入水样后,发生不同角度的散射现象。按照入射光束和光检测器件检测到的散射光束之间的夹角,当夹角小于90°时,为后向散射(l1);当夹角等于90°时,为垂直散射(l2);当夹角大于90°时,为前向散射(l3)。

    国际标准ISO7027中规定了两种水样浊度的测定方法,即透射光式测量法和散射光式测量法。笔者基于散射光式测量法,以90°角作为检测角度,对散射光式浊度仪进行了试验研究。

    2　水样池设计

    浊度仪的水样池设计需要充分考虑到光束在水样池壁的反射、散射和透射等,到达光接受器件的杂散光尽可能的少,以利于减少仪器的零点数值。尽可能做到具有完全均匀的几何和光学特性,减少对测量精度的影响。

    该浊度仪的水样池由水样池的机械壳体、盛放水样的石英器皿和浊度仪的光电系统组成。

    3　电路设计